闭合欧姆定律

1. 电动势(1) 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。在电路中通过单位电荷时电源所提供的电能，在数值上等于电源的电动势，即E晋(2) 电动势的大小由电源本身的性质决定，与外电路的组成及变化情况无关。(3) 电动势等于外电压与内电压之和，即已=U井+ U由，还等于外电路断路时的路端电压。 在数值上还等于电路中通过单位电荷时电源提供的电能。例如：干电池电动势是1.5V,表 明在干电池内，在把化学能转化为电能时，可以使每1C的电量具有1.5J电能。(4) 电动势的单位与电压相同，都是“V”。(5) 电动势是标量，为研究问题方便，规定其方向为电源内部电流方向，即由电源的负极 指向正极方向。应该注意：并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大。因为转化的能量除 了与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关。要注意电动势和电势差的区别。电动势对应的是非静电力做功把其他形式的能转化为电能， 而电势差对应的是静电力做功把电能转化为其他形式的能，它们对应的能量转化的 “方向” 不同。题型 1、电动势概念的理解：例：关于电动势下列说法中正确的是( )A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加B. 对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C. 电动势大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电量做功越多D. 电动势大，说明非静电力在电源内部把正电荷从电源负极移到正极移送电量越多2. 内电压和外电压(1) 内电路、内电阻、内电压将电源和用电器连接起来，就构成闭合电路，如图所示电源内部的电路叫闭合电路的内电路。内电路的电阻叫电源的内阻。当电路中有电流通过时，内电路两端有电压叫内电压，用U表示。(2) 外电路、外电压(路端电压)：电源外部的电路叫外电路。外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压。用U表示。3)三者关系：E = U+U：即在闭合电路里，电源电动势等于内、外电压之和。注意：将伏特表接在电源两极间测得的电压U,是指路端电压，不是内电路两端的电压, 也不是电源电动势。所以，U CE。 当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以U=0，故此时己=口。即电源电动势 等于电源没有接入电路时的路端电压。 电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值亦相同，但二者是本质不同的物理量。 电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转 化为其他形式的能的本领大小。3. 闭合电路的欧姆定律（1）内容：闭合电路的电流与电源的电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，即，常用表达式还有。（2）适用范围：外电路是纯电阻的电路。注意：只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。U=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路，也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。闭合电路中，电源的电动势E和内阻r可认为是不变的。由U = E-Ir可知，路端电压u与 电路中电流I成一次函数的关系。其图象如图所示，图线与U轴交点P表示外电路断路时 的路端电压，此电压等于电源电动势；图线与I轴交点Q表示外电路短路时的电流，此电 流Iq=E/F ；图线斜率绝对值在数值上等于内电阻的大小。问题 闭合电路的动态分析问题、一、知识准备电路中的物理量电压、电流会随着电路中用电器的连接方式或工作状态的变化而发 生变化。连接方式的或工作状态变化直接表现在电路中总电阻的变化，进而引起电路中电流 的变化或电压的重新分配。基本思路是“部分一整体一部分”。即从阻值变化的部分入手，由串并联规律判知R总的变总化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并 总端联分流等规律判知各部分的变化情况，其一般思路为：（1）确定电路的外电阻R外总如何变化；外总 当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小） 若开关的通断使干路的用电器增多，总电阻增大；若开关的通断使并联的支路增多,总电阻减小。 如图所示为滑动变阻器分压式电路，滑动变阻器可以视为由两段电阻构成，其中一段 与用电器（灯泡）并联（以下简称并联段），另一段与并联部分相串联（以下简称串联段）； 设灯泡的电阻为R灯，滑动变阻器的总电阻为R，并联段电阻为R并，则总电阻为：、由上式可以看出，当R并减小时，R总增大；当R并增大时，R总减小。由此可以得出结论:并总并总分压式总电阻的变化与并联段电阻的变化情况相反，与串联段电阻的变化相同。b =丘盘+（2） 根据闭合电路欧姆定律确定电路的总电流如何变化；（3）由 U =I r 确定电源内电压如何变化；内总（4）由U m=E-U内确定电路的外电压（路端电压）如何变化；外内（5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化；（6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。类型一：滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的AR变化例1 图 1所示电路是伏安法测电阻的实验电路图，当滑片P向右移动时，电流表的读数将，电压表的读数将（填“变大”、“变小”或“不变”）（电源电压不变）分析：首先确定电路连接方式，再看电阻的变化，再根据欧姆定律判断电流的变化，最 后根据欧姆定律的变形公式判断电压的变化。电路中R、R是串联连接，当滑动变阻器滑片P向右移动时，R增大，总电阻增大。电 源电压不变，根据欧姆定律可知，电路中的电流减小，所以电流表读数变小；电压表测 R 两端电压，R为定值电阻，根据U=IR可知，U减小，所以，电压表读数变小。1答案：变小；变小例2 如图6电路中，电源电压不变。当滑片P向右移动时, 例3 电流表A?和电压表V的读数将如何变化？分析：先分析电路连接方式，然后确定每个电表分别测的是哪部分的电压和电流值，再 根据欧姆定律和电路中电流、电压和电阻的规律进行分析。本题中，R1和R2是并联连接，测R1所在支路电流，A2测干路电流。因为纯并联电路只 有一个电压值,，所以，电压表读数保持不变。当当滑片P向右移动时，变阻器电阻增大，所 以，总电阻增大，根据欧姆定律，总电流将变小，所以，A?读数变小。各支流互不影响，a 和r在另一支路，所以，a读数不变。21答案：电流表a读数不变；电流表a?读数变小；电压表v的读数不变。【小试牛刀】4. 在如图5所示电路中，电源电压不变。当闭合开关后，滑动变阻器的滑动片P向右 移动时（ ）A. 电压表示数变大，灯变暗B. 电压表示数变小，灯变亮C. 电流表示数变小，灯变亮D. 电流表示数不变，灯变暗5如图7 所示电路中，电源电压不变。当滑片P向右移动时，A1表、A2表和V表将如何变化？(ARi2图7类型二：开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化例3.在如图8所示的电路中，电源电压不变。将开关K闭合，则电流表的示数将电压表的示数将（填“变大”、“变小”或“不变”）。分析：本题中R2是串联连接关系。开关断开时，R2串联，电压表测R1两端电压。 开关闭合时，R2被局部短路，电路中只有电阻R1，电路中总电阻变小。电源的电压全加在 R两端，使得电压表的读数变大。根据欧姆定律，电源电压不变时，电路中的电流变大。答案：变大；变大例4.在图10中，灯泡L1和灯泡L2是联连接的。当开关K断开时，电压表的示数将；电流表的示数将（选填“增大”、“不变”或“减小”）。分析：本题电路中灯泡L1和灯泡L2是并联关系，电流表测L1所在支路电流。并联电路 中只有一个电压值而且不变，所以，电压表读数不变。开关闭合时，电流表中有电流通过， 断开时，电流表中无电流通过，所以开关断开时，电流表读数变小。答案：并；不变；变小。【小试牛刀】6.在如图9所示的电路中，电源电压不变。当开关K断开时，电阻R1与R2是联连接的。开关K闭合时，电压表的示数将（选填“变小”、“不变”或“变大”）。7.在图11所示电路中，电源电压不变。灯泡L1和灯泡L2是联连接的。当开关K断开时，电压表的示数将；电流表A1的示数将_（选填：“增大”、“不变”或“减小” ）。LI L2麗L参考答案：1. 电压表V读数不变，电流表A读数变大2. 电压表V读数变小，电流表A读数不变3D4A5A 变小 A 变小 V 不变 126串 变小7并 变小 变小（2008年广东卷）电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻Rl、R2及滑动变阻器R连接成 如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是A. 电压表和电流表读数都增大B. 电压表和电流表读数都减小C. 电压表读数增大，电流表读数减小D. 电压表读数减小，电流表读数增大答案：A（07 宁夏理综）在如图所示的电路中， E 为电源电动势， r 为电源内阻， Rl 和 R3 均为定值 电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表Al、A2和 V的示数分别为Il、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况 是（ ）斗1-A. Il 增大， I2 不变， U 增大B. Il 减小， I2 增大， U 减小C. Il 增大， I2 减小， U 增大D. Il 减小， I2 不变， U 减小答案：B4. 闭合电路中的功率E2(1) 电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算P = = I2(R.+ r)式为：P=IE，普遍适用；尺+ r，只适用于外电路为纯电阻的电路。(2) 电源内阻消耗功率战：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为:(3) 电源的输出功率卩出：外电路上消耗的功率，计算式为：卩出井，普遍适用;P出=i2r= e r2(R+r)，只适用于外电路为纯电阻的电路。(4) 闭合电路上功率分配关系为p = pdi +PrtEI=UI +l2ro闭合电路上功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部 分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能。能量守恒的 表达式为：Elt = Ult + I2rt，普遍适用；Elt = I临+ I2rt，只适用于外电路为纯电阻的电路。J_UI_U一 R(5)电源的效率：P El E R- + r o 由上式可知，外电阻R越大，电源的效率越高。5. 输出功率与外电阻之间的关系 电源的输出功率：由上式可以看出：1)2)3)当R=r时，电源的输出功率最大Pm=Eh4r)，此时电源效率订=刘。当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小。当R r时，随着R的增大输出功率越来越大。当卩出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻RiR，且5)P井与尺的关系如图所示。问题 2：闭合电路中的功率、电流、电阻的极值问题例：（2007珠海）在如图所示的电路中，尺1为定值电阻，尺2为可变电阻，e为电源电动势，r为电源内阻。则以下说法中正确的是（ ）B.C.A. 当艮2=尺1 +时，尺2上获得最大功率B. 当尺1=尺2+时，尺1上获得最大功率C. 当R2=o时，尺1上获得最大功率D. 当尺2=0时，电源的输出功率最大答案：A、C1. 若E表示电动势，U表示外电压，U表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电 阻，I表示电流，则下列各式中正确的是（）A.B.C. U = E+Ird.R+r2. 如图所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图线，贝）m “A.路端电压都为U1时，它们的外电阻相等电流都是II时，两电源内电压相等 电路A的电动势大于电路B的电动势D. A中电源的内阻大于B中电流的内阻3. 例：如图所示电路中，电源的总功率是40W,尺广也，尺厂皿，农b两点间的电压是4.8V,电源输出的功率是37.6W。求电源的内电阻和电动势。解析：夕卜电路是由尺芳匚并联再与串联组成的。尺芳匚并联的总电阻为a、b 两点间的电压就是并联电路两端的电压，所以流过干路的电流为E = . = 1v=20V电动势 124. 如图所示，已知尺广尺2=尺厂1 口。当开关s闭合后，电压表的读数为IV；当开关S断开后，电压表的读数为0.8V,贝I电池的电动势等于（）A. 1VB. 1.2VC. 2VD. 4VA7. 如图所示电路， E=6V，r = 1L 尺=4 L J, R 2 =1112 尺二；=1L求：(1)当S断开时电流表与电压表的示数;2)当 S 闭合时电流表与电压表的示数。